Sólarsellur eru tegund ljósrafmagns frumefnis sem geta umbreytt orku. Grunnbygging þeirra er mynduð með því að sameina P-gerð og N-gerð hálfleiðara. Grunnefnið í hálfleiðurum er „kísill“ sem er ekki leiðandi. Hins vegar, ef mismunandi óhreinindum er bætt við hálfleiðara, er hægt að búa til P-gerð og N-gerð hálfleiðara. Þá er hugsanlega munurinn á P-gerð hálfleiðara með gati (P-gerð hálfleiðara vantar neikvætt hlaðna rafeind, sem má líta á sem viðbótar jákvæða hleðslu) og N-gerð hálfleiðara með viðbótar lausri rafeind er notaður til að mynda straum. Þess vegna, þegar sólarljósið skín, örvar ljósorkan rafeindirnar í kísilatómunum og framleiðir rafeindir og holur. Þessar rafeindir og holur verða fyrir áhrifum af innbyggða straumnum og dragast að N-gerð og P-gerð hálfleiðurum í sömu röð og safnast saman í báða enda. Á þessum tíma, ef að utan er tengt við rafskaut til að mynda hringrás, er þetta meginreglan um orkuframleiðslu sólarfrumu.
Hægt er að skipta sólarsellum í tvo flokka eftir kristalstöðu þeirra: kristallaða þunnfilmugerð og ókristallaða þunnfilmugerð (hér eftir nefnt a-), og fyrrnefnda er frekar skipt í einkristallagerð og fjölkristallaða gerð.
Samkvæmt efninu er hægt að skipta þeim í kísilþunnfilmugerð, samsetta hálfleiðara þunnfilmugerð og lífræna filmugerð og samsetta hálfleiðara þunnfilmugerð er frekar skipt í ókristallaða gerð (a-Si:H, a-Si: H:F, a-SixGel-x:H o.s.frv.), IIIV hópur (GaAs, InP o.s.frv.), IIVI hópur (Cds röð) og sinkfosfíð (Zn3p2) o.fl.
Samkvæmt mismunandi efnum sem notuð eru, er einnig hægt að skipta sólarsellum í: kísilsólarsellur, fjölsamsettar þunnfilmu sólarsellur, fjölliða fjöllaga breyttar rafskautssólarsellur, nanókristallaðar sólarsellur, lífrænar sólarsellur, plastsólarsellur, þar á meðal sílikonsólar frumur eru þroskaðar og ráða ríkjum í notkun.
1. Kísil sólarsellur
Kísilsólfrumum er skipt í þrjár gerðir: einkristalla kísilsólarsellur, fjölkristallaðar sílikon þunnfilmu sólarsellur og myndlausar kísilþunnfilmu sólarsellur.
(1) Einkristal sílikon sólarsellur hafa mesta umbreytingarskilvirkni og þroskaðri tækni. Mesta umbreytingarhagkvæmni á rannsóknarstofunni er 24,7% og hagkvæmni í stórframleiðslu er 15% (frá og með 2011 er hún 18%). Það hefur enn yfirburðastöðu í stórum umsóknum og iðnaðarframleiðslu, en vegna mikils kostnaðar við einkristallaðan sílikon er erfitt að draga verulega úr kostnaði þess. Til að spara kísilefni hafa fjölkristallað kísilþunn filma og myndlaus kísilþunn filma verið þróuð sem valkostur við einkristallaðar kísilsólarsellur.
(2) Í samanburði við einkristallaðan sílikon eru fjölkristallaðar þunnfilmu sólfrumur úr sílikon ódýrari og skilvirkari en myndlausar þunnfilmufrumur úr sílikon. Hæsta hagkvæmni rannsóknarstofu umbreytingar er 18% og umbreytingarhagkvæmni iðnaðarframleiðslu er 10% (frá og með 2011 er hún 17%). Þess vegna munu fjölkristallaðar sílikon þunnfilmufrumur brátt taka yfirburðastöðu á sólarsellumarkaði.
(3) Myndlausar kísilþunnfilmu sólarsellur eru lágar í kostnaði og léttar að þyngd, með mikla umbreytingarvirkni, auðvelt að fjöldaframleiða og hafa mikla möguleika. Hins vegar, vegna hrörnunaráhrifa á ljósvirkni sem stafar af efni þess, er stöðugleiki þess ekki mikill, sem hefur bein áhrif á hagnýt notkun þess. Ef hægt er að leysa stöðugleikavandann frekar og bæta viðskiptahlutfallsvandann, þá munu myndlausar kísilsólarfrumur án efa vera ein helsta þróunarafurð sólarrafrumna.
2. Kristallaðar þunnfilmu sólarsellur
Fjölkristallaðar þunnfilmufrumur Kadmíumsúlfíð og kadmíumtellúríð fjölkristallaðar þunnfilmufrumur eru skilvirkari en myndlausar kísilþunnfilmu sólarfrumur, ódýrari en einkristallaðar kísilfrumur og auðvelt að fjöldaframleiða þær. Hins vegar er kadmíum mjög eitrað og mun valda alvarlegri umhverfismengun. Þess vegna er það ekki kjörinn valkostur við kristallaðar sílikon sólarsellur.
Umbreytingarvirkni gallíumarseníðs (GaAs) III-V efnasambandsfrumna getur náð 28%. GaAs samsett efni hafa mjög tilvalið sjónbandsbil og mikla frásogsvirkni, sterka geislunarþol og eru ónæm fyrir hita. Þeir eru hentugir til að framleiða afkastamikil einhliða frumur. Hins vegar er verð á GaAs efnum hátt, sem takmarkar mjög vinsældir GaAs frumna.
Koparindíum seleníð þunnfilmufrumur (CIS í stuttu máli) eru hentugar fyrir ljósumbreytingu, hafa ekki vandamálið með niðurbroti af völdum ljóss og hafa sömu umbreytingarvirkni og fjölkristallaður sílikon. Með kostum lágs verðs, góðrar frammistöðu og einfalds ferlis mun það verða mikilvæg stefna fyrir þróun sólarfrumna í framtíðinni. Eina vandamálið er uppspretta efnisins. Þar sem indíum og selen eru tiltölulega sjaldgæf frumefni er þróun þessarar tegundar rafhlöðu óhjákvæmilega takmörkuð.
3. Lífræn fjölliða sólarsellur
Að skipta út ólífrænum efnum fyrir lífrænar fjölliður er nýlega þróuð rannsóknarstefna fyrir sólarselluframleiðslu. Vegna kosta góðs sveigjanleika, auðveldrar framleiðslu, víðtækra efnisgjafa og lágs kostnaðar við lífræn efni hefur það mikla þýðingu fyrir stóra notkun sólarorku og útvegun ódýrrar raforku. Rannsóknir á undirbúningi sólarsella með lífrænum efnum eru hins vegar nýhafnar. Hvort hægt sé að þróa hana í vöru sem hefur hagnýta þýðingu á eftir að rannsaka og kanna frekar.
4. Nanókristallaðar sólarsellur
Nanókristallaðar sólarsellur eru nýþróaðar. Kostir þeirra eru lítill kostnaður, einfalt ferli og stöðugur árangur. Ljósrafvirkni þeirra er stöðug í meira en 10% og framleiðslukostnaður er aðeins 1/5 til 1/10 af kísilsólarsellum. Líftími getur orðið meira en 20 ár. Rannsóknir og þróun á slíkum rafhlöðum eru nýhafnar og þær munu smám saman koma inn á markaðinn á næstunni.